纳米级别，对热电性能上有所提高。操作简单，可以批量化，可控性好，可以制备丰富多样的多层膜热电材料。本实施例制备完成后形成的多层膜热电材料能够在一定温差下产生电压，或者在一定电压下形成温差，能应用于制作成热电发电器件或者是热电制冷器件。
[0018]在本实施例中，磁控溅射技术又分为直流磁控溅射和射频磁控溅射。磁控溅射镀膜通常是用氩气电离产生的正离子轰击固体靶，溅出的中性原子沉积到基片上，形成膜层，因而具有“低温”和“快速”两大特点。通过磁控溅射方法制备了其他方法不易于获得的具有特殊性质的材料，因此应用较为广泛。可应用于制备电致发光器件，在电子和光学器件方面广泛应用；可制备多层膜改性的生物材料用于生物医用材料方面；还可制备超薄膜体系用于生物反应器和生物传感器方面等。反应磁控溅射是通过在溅射镀膜时引入某些反应活性气体来改变或者控制沉积特性，从而对薄膜的成分和性质进行控制。通过改变磁控溅射参数来控制膜层厚度和膜层数量来制作多层膜热电材料，这种方法简单易行，操作对基底无特殊要求，所得薄膜与基底的粘合性好，薄膜纯度高，膜层边界明显，实验重复性好，薄膜的组成和厚度均可控。因此将这种方法应用到多层膜热电材料的制备以及研宄等都是对热电材料发展有很重要的作用，此外这种方法制备多层膜热电材料克服了传统的几类物理法的制作多层膜热电材料的温度高时间长的缺点，从而对热电材料的发展有着很大的帮助。
[0019]实施例二:
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于:
在本实施例中，参见图4，一种利用物理气相沉积方法制备多层膜热电材料的工艺，包括以下步骤: a.基底的选择及其处理:本步骤与实施例一相同；
b.靶材的选择:选择质量百分比纯度纯度为99.99%的硅和金作为靶材；
c.在基底上制作多层膜热电材料:本底真空为5X10_7Torr，基片不加热，另外保持20rpm的基底转速，使用射频模式溅射硅，用直流模式溅射金，硅的溅射功率为100 W，其沉积速率大约为0.2 A /s，金的溅射功率为25W，其沉积速率约为0.6 A /s，控制硅和金的膜厚分别为12 nm和16nm，先沉积金层1，后沉积娃层3，交替沉积共20层，所制作出来的多层膜热电材料结构如图4所示。
[0020]在本实施例中，参见图4，在步骤c中，PVD试样用以下顺序相继沉积:
[Au(16nm) /Si (12nm) ] X 10层，一共在基片4上沉积20层热电材料层复合膜。
[0021]实施例三:
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于:
在本实施例中，参见图5，一种利用物理气相沉积方法制备多层膜热电材料的工艺，包括以下步骤:
a.基底的选择及其处理:本步骤与实施例一相同；
b.靶材的选择:选择质量百分比纯度纯度为99.99%的硅、金和硅锗材料作为靶材，其中硅锗材料包括25wt%硅和75wt%的锗；
c.在基底上制作多层膜热电材料:本底真空为5X10_7Torr，基片不加热，另外保持20rpm的基底转速，使用射频模式溅射硅和硅锗，金的溅射模式为直流模式，硅的溅射功率为100 W，其沉积速率大约为0.2 A /s，硅锗的溅射功率为100 W，其沉积速率大约为0.21A /s，金的溅射功率为25W，其沉积速率约为0.6 A /s，控制硅、金和硅锗的膜厚分别为12nm, 16nm和8nm。先沉积金层I，后沉积娃层2，再沉积娃锗层3，最后沉积娃层2，如此交替5个周期共沉积20层，所制作出来的多层膜热电材料结构如图5所示。
[0022]在本实施例中，参见图5，在步骤c中，PVD试样用以下顺序相继沉积:
[Au (16nm) /Si (12nm) /SiGe (8nm) /Si (12nm) ] X 5 层，一共在基片 4 上沉积 20 层热电材料层复合膜。
[0023]上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明利用物理气相沉积方法制备多层膜热电材料的工艺的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种利用物理气相沉积方法制备多层膜热电材料的工艺，其特征在于，包括以下步骤: a.基底的选择及其处理:根据需要选择基片作为基底后，将选择的基片进行处理，处理方法为氢氟酸处理，然后洗净并烘干备用； b.靶材的选择:选择纯度不低于99.99%的材料作为靶材，所述靶材至少采用两种以上的不同的载体材料； c.在基底上制作多层膜热电材料:采用物理气相沉积方法将在所述步骤b中选取的靶材依次交错分层沉积在在所述步骤a中处理后的基片上，制备多层膜，累计沉积的多层膜层数至少大于在所述步骤b中选取的靶材的种类数，在制备多层膜过程中，任意一层单层膜的厚度皆大于5nm。
2.根据权利要求1所述利用物理气相沉积方法制备多层膜热电材料的工艺，其特征在于:在所述步骤a中，所述基底选取半导体、玻璃片、金属片、聚合物片或微型器件。
3.根据权利要求1所述利用物理气相沉积方法制备多层膜热电材料的工艺，其特征在于:在所述步骤b中，在靶材选择时，选择的载体材料为金属、半导体和绝缘体中的任意一种或任意几种。
4.根据权利要求3所述利用物理气相沉积方法制备多层膜热电材料的工艺，其特征在于:在所述步骤a中，在革El材选择时，选择的载体材料为金、娃和娃锗中的三种或任意两种材料。
5.根据权利要求1所述利用物理气相沉积方法制备多层膜热电材料的工艺，其特征在于:在所述步骤c中，物理气相沉积方法采用电子束蒸发、分子束外延膜沉积、直流反应磁控溅射和射频磁控溅射方法中的任意一种或任意几种。
6.根据权利要求5所述利用物理气相沉积方法制备多层膜热电材料的工艺，其特征在于:在所述步骤c中，通过控制基片温度、溅射时间、反应气体含量和溅射功率中的任意一种或任意几种参数，来控制成膜层厚度和成膜时间。
7.根据权利要求1?6中任意一项所述利用物理气相沉积方法制备多层膜热电材料的工艺，其特征在于:在所述步骤c中，在制备多层膜热电材料时，对制备得到的各层非晶体薄膜进行热处理而形成晶体薄膜材料层。
8.根据权利要求7所述利用物理气相沉积方法制备多层膜热电材料的工艺，其特征在于:在所述步骤c中，采用将制备的非晶体薄膜在退火炉中退火的热处理方式，制备多层晶体热薄膜电材料。
9.根据权利要求7所述利用物理气相沉积方法制备多层膜热电材料的工艺，其特征在于:在所述步骤c中，在溅射沉积制备热电材料薄膜过程中，采用直接对基底进行加热的热处理方式，来制备多层晶体热薄膜电材料。
【专利摘要】本发明公开了一种利用物理气相沉积方法制备多层膜热电材料的工艺，应用于多层膜热电材料的制备领域。本发明选择合适的基底，通过反应磁控溅射制备多层膜热电材料。在制备过程中，不但可以选择不同的基底进行沉积，同时还有材料种类，膜层厚度，膜层数量等进行选择。该方法与其他制备多层膜热电材料方法相比层状结构明显，精度高，可达到纳米级别，对热电性能上有所提高。操作简单，可以批量化，可控性好，可以制备丰富多样的多层膜热电材料。
【IPC分类】H01L35-34
【公开号】CN104538542
【申请号】CN201410823870
【发明人】胡志宇, 张海明, 叶锋杰
【申请人】上海大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月26日